1、無鉛焊接的質量和可靠性分析前言：傳統的鉛使用在焊料中帶來很多的好處，良好的可靠性就是其中重要的一項。例如在常用來評估焊點可靠性的抗拉強度，抗橫切強度，以及疲勞壽命等特性，鉛的使用都有很好的表現。在我們準備拋棄鉛后，新的選擇是否能夠具備相同的可靠性，自然也是業界關心的主要課題。 一般來說，目前前大多數的報報告和宣傳，都都認為無鉛的的多數替代品品，都有和含含鉛焊點具備備同等或更好好的可靠性。不不過我們也同同樣可以看到到一些研究報報告中，得到到的是相反的的結果。尤其其是在不同PPCB焊盤鍍鍍層方面的研研究更是如此此。對與那些些親自做試驗驗的用戶，我我想他們自然然相信自己看看到的結果。但但對與那些無無

2、能力資源投投入試驗的大大多數用戶，又又該如何做出出選擇呢？我我們是選擇相相信供應商，相相信研究所，還還是相信一些些形象領先的的企業？我們們這回就來看看看無鉛技術術在質量方面面的狀況。什么是良好的可可靠性？當我我們談論可靠靠性時，必須須要有以下的的元素才算完完整。1 使用環境境條件（溫度度、濕度、室室內、室外等等）；2 使用方式（例例如長時間通通電，或頻繁繁開關通電，每每天通電次數數等等特性）；3 壽命命期限（例如如壽命期5年年）；4 壽命期限內內的故障率（例例如5年的累累積故障率為為5%）。而決定產品壽命命的，也有好好幾方面的因因素。包括：1 DFR（可可靠性設計，和和DFM息息息相關）；22

3、 加工和和返修能力；3 原料料和產品的庫庫存、包裝等等處理；4 正確的使使用（環境和和方式）。了解以上各項，有有助于我們更更清楚的研究究和分析焊點點的可靠性。也也有助于我們們判斷其他人人的研究結果果是否適合于于我們采用。由于以上提到的的許多項，例例如壽命期限限、DFR、加加工和返修能能力等等，他他人和我的企企業情況都不不同，所以他他人所謂的可靠或不可靠未未必適用于我我。而他人所所做的可靠性性試驗，其考考慮條件和相相應的試驗過過程，也未必必完全符合我我。這是在參參考其他研究究報告時用戶戶所必須注意意的。您的無鉛焊接可可靠性好嗎？因此，在給給自己的無鉛鉛可靠性水平平下定義前，您您必須先對以以下的問

4、題有有明確的答案案。 您企業的質質量責任有多多大？ 您您有明確的質質量定義嗎？ 您企業業自己投入的的可靠性研究究，以及其過過程結果的科科學性、可信信度有多高？ 您是否否選擇和管理理好您的供應應商？ 您您是否掌握和和管理好DFFM/DFRR工作？ 您是否掌握握好您的無鉛鉛工藝？只有當您對以上上各項都有足足夠的掌握后后，您才能夠夠評估自己的的無鉛可靠性性水平。更重重要的，是您您才能確保您您的無鉛可靠靠性能夠提升升和有所保證證。舉個例子說，很很多試驗都報報告說無鉛技技術容易出現現氣孔故故障。從常見見無鉛合金的的特性上來看看，無鉛是較較容易出現氣孔。但但合金特性不不是唯一的因因素。對氣氣孔問題來來說，

5、更重要要的因素是焊焊劑配方（也也就是錫膏種種類）、爐子子性能、工藝藝設置/調制制能力、DFFM和器件焊焊端材料等。如如果用戶不掌掌握這些知識識，則可能隨隨意的作了一一些試驗后見見到氣孔多，就說氣孔在無無鉛中是個問問題。而實際際上，氣孔在在無鉛中，是是可能比那些些不懂得處理理技術整合的的用戶，在有有鉛技術中控控制得更好的的。可靠性并非是三三言兩語可以以說清楚的。而而是一門需要要很多定義、規規范、認證、數數據支持等等等工作的科學學。可靠性的依據和和標準：當我我們評估無鉛鉛焊點時，其其可靠性的合合格標準是什什么？由于無無鉛技術是用用來取代有鉛鉛技術的，一一個很自然合合理的評估標標準，就是和和傳統的錫

6、鉛鉛焊點進行比比較。所以我我們一般要求求新的替代品品，應該具有有和錫鉛焊點點同等的的可靠性，或或最少很接近近。所以在一一般的無鉛焊焊點可靠性分分析中，我們們都是和相同同設計、工藝藝下的錫鉛焊焊點效果進行行比較。而一一般使用Snn37Pb為為基準的較多多。也有一部部分使用SnnPbAg為為比較基準的的。經過了一段時間間的發展，目目前由于較多多同業偏向看看好SAC為為無鉛焊料的的主流，所以以不少其他無無鉛合金的研研究上也使用用SAC作為為比較對象的的。無鉛技術的可靠靠性情況：經經過了約155年的開發研研究，我們到到底對無鉛技技術的可靠性性把握多少？可靠性不同同與生產直通通率，它需要要一定的使用用時

7、間來給于于人們較高的的信心。這也也就是說，必必須有較長使使用時間和足足夠使用量的的情況下才能能有較可靠的的結論。在一項非正式的的統計中，我我們對業界認認為無鉛是否否可靠得出以以下的結果： 94%的報報告說可靠靠 1000%的供應應商說他們有有可靠的的材料和方案案 87%的研究院報報告說還需需要進一步研研究而事實上，我們們只有約4%的制造商有有不超過5年年的實際大量量使用經驗。這這對于一些使使用壽命要求求較長的電子子產品絕對是是不夠的。我我們目前靠的的主要是試驗驗分析結果。而而由于這些試試驗做法仍然然存在著不少少問題（請看看下一節的解解說），我們們可以說，目目前的可靠性性狀況，還存存在著： 不夠

8、完整 不夠精確確 不夠適適用的風險所以當用戶在處處理這問題時時，一個關鍵鍵就是先前我我提到的“您您企業的質量量責任有多大大？”。這是是決定你對無無鉛可靠性的的認同態度的的主要因素。責責任越大，您您就應該越不不放心，越覺覺得無鉛還是是未必可靠。到底目前業界是是如何看法的的呢？就一般般業界較認同同的看法來說說，目前我們們偏向于相信信以下的狀況況。對于使用環境較較溫和的的產品，例如如室內使用的的家用電器、通通訊設備、醫醫療設備等等等（注一），我我們都認為無無鉛技術可以以滿足要求。這這類應用中，較較多無鉛技術術研究中發現現無鉛焊點具具有和含鉛技技術相同或更更好的可靠性性。但在較惡劣環境境下使用的產產品

9、，例如航航空設備、汽汽車電子、軍軍用品等等（注注二），業界界則還不放心心。研究結果果也發現無鉛鉛有時不如含含鉛技術。圖圖一的研究報報告就顯示了了某些無鉛材材料的這種特特性，SACC可靠性和SSnPb比較較上，能力會會因為所承受受應力或應變變程度而有所所不同。美國新澤西州一一家研究所EEPSI機構構曾對無鉛和和有鉛技術的的研究程度進進行了統計分分析。其得出出的結果是無無鉛的研究資資料只有有鉛鉛的10%，而而實際經驗只只有有鉛技術術的24%（注注三）。這也也向業界提供供了一個信息息：我們可能能還做得不夠夠！可靠性研究面對對的問題：上上面我提到目目前無鉛技術術的可靠性仍仍然具有一定定的風險。這這風險

10、來自什什么地方，或或是什么原因因造成會有風風險呢？以下下是一些主要要的原因。1 目前使用用來判斷可靠靠性（壽命）的的常用做法是是通過熱循環環的加速老化化試驗方法，通通過加溫減溫溫來給焊點制制造應力而使使其最終斷裂裂，并記錄其其壽命（一般般是熱循環次次數），制圖圖和進行比較較來評估。而而事實上，在在應用中我們們的條件是和和試驗中有所所不同的。例例如溫度變化化的不規律性性、較大的蠕蠕變混合模式式等等，這都都不是試驗中中有照顧到的的。而目前我我們還缺乏一一套能夠從試試驗室內的單單純模擬，按按實際使用情情況推算出實實際壽命的方方法。所以試試驗室內的結結果，和實際際應用中有可可能出現較大大的差別。而而這

11、種差別，在在無鉛新材料料上我們甚至至沒有理論上上的預計和判判斷，對其變變化關系幾乎乎是完全不懂懂；2 由于對某某些理論還沒沒有掌握，在在試驗中我們們可能做出一一些錯誤的模模擬試驗設置置，結果當然然就得出一些些錯誤的信息息。比如在金金屬須Whiisker的的認證試驗中中，有些試驗驗采用了高溫溫高濕老化的的方法，這做做法雖然能夠夠通過加快原原子遷移促使使焊點的金屬屬須增長加快快，但事實上上也同時會對對焊點或材料料產生煅燒退退火的效應，從從而減少金屬屬須增長的幾幾率。但在實實際使用中，金金屬遷移會在在室溫下出現現，煅燒退火火的效果卻不不會在室溫下下形成，所以以我們得到的的試驗結果可可能偏好而造造成錯

12、誤的判判斷；3 如果我們們研究多數的的試驗設計，在在試驗中人們們很容易忽略略了SMT故故障形成的復復雜因果關系系（或許是為為了簡化試驗驗而有意忽略略），而只用用過于簡單的的幾項變數控控制來進行試試驗和分析。例例如有一個實實際例子中，某某試驗在對不不同PCB焊焊盤保護材料料進行比較時時，采用了眾眾多OSP中中的一種，而而后認定OSSP的能力不不能接受，表表現和他們建建議的純錫差差別很大。事事實上OSPP不只種類多多，還和其他他材料一樣受受到供應商加加工和質量控控制能力的重重大影響。但但這些先決條條件都沒有在在試驗前進行行分析控制，而而作出了可能能具備誤導性性的結論。圖圖二可以讓我我們更清楚看看出

13、這類問題題。我們假設設用戶選擇的的試驗條件（材材料配搭、工工藝參數等）是是圖中的#11的話，那他他得出的結論論是OSP和和ENIG不不良，ENEEG不穩定，IImAg最好好而應該被推推薦。但他如如果采用了試試驗條件#22，他則認為為所有不同的的PCB處理理都沒有什么么不同的表現現。這是截然然不同的兩種種結論！而最重要的，是是用戶的實際際情況是什么么？用戶的材材料、設計、工工藝、設備、加加工廠能力等等等的技術整整合結果，是是處于條件中中的#1？#2？還是其其他的點上？這在SMTT技術中是個個不容易的工工作，需要對對各種工藝、設設計、材料、設設備等等都有有很好掌握的的人員才能處處理得合理。在工作中

14、我見過過有不少的試試驗設計，是是考慮不周的的。這也說明明了為什么很很多報告，其其結果不能吻吻合。4 熱循環疲疲勞失效試驗驗是研究可靠靠性中最主要要的方法之一一。為了縮短短試驗時間，一一般都采用高高應力，高應應變的試驗做做法。但業界界也發現，很很多焊料的特特性表現，在在低應力、低低應變的情況況下顯得不穩穩定和出現不不同的結論。而而實際應用上上，焊點所面面對的是大范范圍的應力和和應變。但很很少試驗是在在低應力、低低應變下進行行的。而這方方面的高與低標標準，以及他他們和產品設設計、應用等等上的關系等等等知識資料料也很缺乏；5 可靠性特特性的針對性性相當強。比比如類似“使使用在BGAA的可靠性好好”這

15、樣的評評語，事實上上是不夠精確確的。我們發發現，BGAA的大小，BBGA的焊端端（Bumpp）數量也都都影響可靠性性結果。例如如一份報告中中發現，9個個焊端的CSSP，其可靠靠性就比244個焊端的小小了1.5倍倍！而我們并并沒有資源對對所有的不同同組合（器件件封裝、焊料料、PCB、工工藝參數、設設計等）進行行試驗分析。這這就是說，我我們不免有一一部分（還不不知道有多大大的一部分？）情況完全全沒有把握到到；6 保護各自自利益影響信信息的真實性性。我們不難難發現，業界界的供應商們們所發表的資資料，都是說說無鉛可行行。而一些些研究院或用用戶的報告，則則總是在結尾尾上提到還還需要研究認認證！。這這在一

16、定程度度上也是受到到本身利益的的影響而過濾濾了某些信息息。當然，其其壞處是誤導導一些經驗不不足，資源不不足的用戶。基于以上的原因因。我認為我我們在接觸無無鉛信息資料料的同時，必必須對各個資資料的背景、細細節等進行相相當程度的分分析判斷。并并要求收集眾眾多的信息進進行比較。而而最有用的，是是擁有自己本本身的認證開開發能力。以以往有鉛時代代的抄用做法，在進進入無鉛后會會可能給您帶帶來問題。如此說來，是否否所有的用戶戶都必須大量量的投入可靠靠性研究？這這也未必。我我們還得來看看看風險。可靠性風險有多多大：知道了了存在的重重重問題，知道道了我們聽說說或見到的可靠無鉛鉛技術未必真真的可靠后，那那我們是否

17、會會問：“使用用無鉛的風險險有多大？”我沒有見到業界界有對這問題題進行分析預預計的。或許許這時候沒有有人愿意這么么做。商家肯肯定不愿意，研研究院也因為為在確保質量量上有很大的的困難而不愿愿意。不過按按我的經驗和和看法來判斷斷的話，我覺覺得風險還是是偏小的，風風險的隨機性性也十分強。而而且我個人覺覺得這風險問問題無法得到到很好的解決決，至少在三三五年內不會會。我所以這這么說，基于于以下的幾個個觀點。1 許多試驗驗，雖然把握握的不好，但但結果很少出出現足以提出出報警的大問問題。例如以以下圖三中的的比較。左右右兩份研究的的結論剛好是是相反，這說說明在整個過過程中我們并并沒有對所有有關鍵因素把把握和控

18、制到到位。但即使使結果不一樣樣，測試出來來的數據卻顯顯示他們都很很好的滿足實實際回流焊接接中的需要。2 單一材料料的特性分析析，目前的業業界能力是足足夠的。所以以那些無法事事先得到較足足夠認證的，是是個配搭問題題。這配搭包包括材料間、材材料和工藝間間的配搭。也也就是說，并并非每個用戶戶都有同樣遇遇到問題的幾幾率。而是有有較高的隨機機性的。這問問題其實在有有鉛時代已經經是常見的。我我們不是常遇遇到某些批量量出問題，或或常聽到供應應商說：“我我的其他客戶戶沒有這種問問題！”的嗎嗎？就拿上圖圖三的例子來來說（假設兩兩個試驗是可可靠的，而差差異是材料供供應商的差別別），那使用用左圖中的材材料在回流焊焊

19、接中的客戶戶，未必能發發現其能力差差。但如果是是使用在波峰峰焊接中，則則就可能是個個問題了！這這里的風險是是需要左圖的的供應商，加加上波峰焊接接工藝才會出出現的。所以以不是每個用用戶都會遭遇遇到。3 無鉛對與與那些高質量量要求的行業業來說，由于于豁免條例等等等，目前的的壓力還不太太大。例如航航天、軍用產產品行業中，無無鉛環保并不不是個必須品品。也就是說說無鉛是否可可靠并不是他他們急于解決決的問題。雖雖然這些行業業可能受到供供應市場的轉轉變而受到一一些影響，但但這些行業對對成本本身不不敏感，而SSMT中的有有鉛或無鉛更更是其成本中中微不足道的的一小部分。所所以估計這方方面的用戶，雖雖然關注無鉛鉛

20、的發展，但但短期內也不不會做出很嚴嚴厲的要求。4 一些影響響可能較大的的，也就是對對質量要求高高，而成本上上也有一些壓壓力的，比如如電信和汽車車電子等。所所遇到的情況況是一方面可可以利用豁免免條例來延緩緩這方面的沖沖擊；另一方方面，即使法法規上要求必必須采用無鉛鉛，其競爭情情況是一致的的。加上目前前大多數行業業并沒有一套套很好的市場場可靠性監控控方法，而可可靠性必須長長時間來認證證等等，所以以當法規壓力力大于用戶壓壓力時（不只只是用戶沒有有對可靠性做做出嚴格可行行的要求。有有些用戶還可可能對于風險險毫不知情，對對遵從法規的的要求遠遠超超過對可靠性性方面的要求求），這方面面的無鉛化還還是會在可可

21、靠性被懷疑疑的情況下下推進的。而而在工作量和和難度的壓力力下，不可能能有太多的企企業主動的去去處理這方面面的研究問題題。無鉛的焊接問題題：無鉛焊接接的質量問題題，有許多模模式是和錫鉛鉛技術中一樣樣的。因為篇篇幅問題，我我在本文中就就不多加解釋釋。我們只看看看無鉛技術術中較特有的的問題。這些些問題，一般般都是因為三三個因素所造造成：1。高高溫焊接環境境；2。錫SSn的特性；以及3。替替代鉛的其他他金屬或合金金特性。我們先來看看高高溫帶來的問問題。首先受受到影響的，是是器件封裝的的耐熱問題。在在無鉛技術的的推薦焊接溫溫度上（2445 2255），溫度比比起以往SnnPb的最高高約235高出了200

22、度。這對以以往器件只保保證承受2440來說，肯定定是存在損壞壞風險的。而而像BGA一一類器件的使使用，其本身身封裝在焊接接中的溫度就就高過焊點溫溫度。加上其其較冷熱熱特性的焊點點，當滿足BBGA的焊接接條件時，容容易使到同一一PCBA上上的其他小熱熱容量器件的的溫度高出許許多，這又進進一步加強了了熱損壞的風風險。所以業業界一些機構構如IPC等等建議所有定定為無鉛合格格的器件，必必須要能承受受的起數次通通過峰值溫度度高達2600的最低要求求（注四）。不不過這里要提提醒的，是這這是器件供應應商用來測試試的標準。和和實際應用中中有一定的不不同。由于實實際PCBAA上存在熱容容量及對流條條件的不同，我

23、我們是可能很很難同時滿足足焊點的焊接接溫度需求以以及封裝的耐耐熱需求的。就就如以上提到到的BGA例例子，當BGGA底部的中中間焊點達到到255時，BGAA的封裝是很很可能超過2260的。對于較較厚的BGAA封裝，標準準中還允許其其保證在較低低的溫度（如如245，2250，注四）。這這在實際應用用中可能出現現問題。高溫度帶來的問問題，還有以以下各種故障障： PCB變形形和變色 PCB分層層 PCBB通孔斷裂 器件吸潮潮破壞（例如如爆米花效應應） 焊劑劑殘留物清除除困難 氧氧化程度提高高以及連帶的的故障（如氣氣孔、收錫等等） 立碑碑 焊點共共面性問題（虛虛焊或開焊） 焊點殘留的內應力以上的各種故障

24、障，其處理方方法和有鉛技技術并沒有太太大的不同。主主要是程度上上要做得更到到位，并對技技術整合管理理的要求更高高。除了高溫問題，無無鉛還帶來了了以下已經為為業界發現的的特有問題。焊點的剝離（LLiftedd Pad）：這類故障現現象多出現在在通孔波峰焊焊接工藝中，但但也在回流工工藝中出現過過。現象是焊焊點和焊盤之之間出現斷層層而剝離（圖圖四）。這現現象的主要原原因是無鉛合合金的溫度膨膨脹系數和基基板之間出現現很大差別，導導致在焊點固固化的時候在在剝離部份有有太大的應力力而使他們分分開。一些焊焊料合金的非非共晶性也是是造成這種現現象的原因之之一。所以處處理這問題主主要有兩個主主要做法，一一是選擇

25、適當當的焊料合金金，另一是控控制冷卻的速速度，使焊點點盡快固化形形成較強的結結合力。除了了這方法外，我我們還可以通通過設計來減減少應力的幅幅度，也就是是將通孔的銅銅環面積減小小。日本有一一個流行的做做法，是使用用SMD焊盤盤設計。也就就是通過綠油油阻焊層來限限制銅環的面面積。但這種種做法有兩個個不理想的地地方。一是較較輕微的剝離離不容易看出出；二是SMMD焊盤在綠綠油和焊盤界界面的焊點形形成，從壽命命的角度上來來看是屬于不不理想的（注注五）。有些剝離現象出出現在焊點上上（圖五），稱稱為裂痕或撕撕裂（Teaaring）。這這問題如果在在波峰通孔焊焊點上出現，在在業界有些供供應商認為是是可以接受的

26、的。主要因為為通孔的質量量關鍵部位不不在這地方。但但如果出現在在回流焊點上上，應該算是是質量隱憂問問題，除非程程度十分小（類類似起皺紋）。鉛污染問題：由由于鉛的加入入對錫的特性性影響很大，當當我們把鉛除除去后，在焊焊接過程中如如果有鉛的出出現，將會對對焊點的特性性和質量造成成影響。很不不幸的是不良良的影響。這這現象我們稱稱之為鉛污污染。而由由于從有鉛到到無鉛的切換換并非瞬時間間的，所以在在過渡期間我我們很可能會會同時存在有有鉛和無鉛的的材料（尤其其是器件焊端端材料）。所所以我們必須須了解和掌握握鉛對無鉛焊焊點的影響。鉛的出現或鉛污污染可能對焊焊點造成以下下的兩種影響響：1 熔點溫度度的降低（程

27、程度看鉛的含含量而定）；2 焊點點壽命的損失失（這方面十十分敏感）；至于在焊接性和和工藝性上則則影響不多。因因為一般鉛的的成分不會很很多，不足以以在工藝上造造成影響。鉛對熔點溫度的的影響相當敏敏感，例如對對常用的Snn3.5Agg焊料來說，11%的鉛的出出現就能使其其熔點從2221下降到1779；而在目前前建議給波峰峰焊接使用的的Sn0.77Cu來說，11%的鉛也使使其熔點從2227下降到1883。目前發現對對鉛污染最敏敏感的是含有有Bi的合金金。當Pb和和Bi在一起起出現時，會會產生熔點只只有96的IMC，大大大降低焊點點的壽命。業業界曾作過一一些試驗，發發現含0.55%的鉛（注注六）會使S

28、Sn3.5AAg3Bi焊焊點的機械強強度下降原來來的60%；而其疲勞壽壽命也下降了了32%左右右（注七）。鉛對不含Bi的的焊點也有很很大的破壞。例例如在Sn11.5Ag33.1Cu合合金中，0.5%的鉛會會使壽命減少少到沒有污染染的43%左左右。不過關關鍵是，其他他不含Bi的的合金壽命一一般比SnPPb高出一定定的程度。所所以即使在受受到鉛污染的的破壞后，其其壽命仍然合合格，即相當當或過于SnnPb焊點。比比如Sn1.5Ag3.1Cu焊點點在0.5%鉛污染的情情況下，其疲疲勞壽命仍然然有SnPbb焊點的2倍倍。所以一般認為，只只要不含Bii，鉛污染的的問題不會太太嚴重。但這這里我做個提提醒，未

29、必所所有可用的無無鉛合金都已已經過認證。所所以用戶必須須確保本身采采用的焊料合合金對鉛污染染的敏感性。和和您的供應商商探討這問題題是重要的。克氏空孔（KKirkenndall Voidss，注八）：這是一種固固態金屬界面面間金屬原子子移動造成的的空孔現象。由由美國克肯多多先生于19939年發現現并以其姓氏氏命名。在無無鉛技術中，由由于一般焊料料的Sn含量量比傳統的SSn37Pbb高很多，而而Sn和其他他金屬如Auu，Ag和CCu等很容易易出現這種克克氏空孔現象象（圖六）。所所以在無鉛中中算是一種較較新的故障模模式。圖六顯示在銅焊焊盤和錫焊點點之間存在CCu6Sn55的IMC層層。而在Cuu和C

30、u6SSn5的界面面，由于Cuu進入Sn的的速度快，會會造成一些無無法填補的空空孔（圖中黑黑色部份）。這這就是克氏空空孔了。克氏空孔的形成成速度和溫度度有很大的關關系，溫度越越高增長越快快。這是因為為高溫增加了了原子活動能能量的關系。所所以要預防克克氏空孔的危危害，必須在在材料和溫度度上著手。一一般Au，AAg和Cu是是最容易和SSn間出現克克氏空孔的。用用戶必須在這這方面給于小小心處理。例例如用于高溫溫的焊點（注注九），其界界面材料選擇擇就應該避開開使用Au，AAg或Cu直直接和高Snn含量的焊點點接觸。比如如使用Ni層層隔離等方法法。而在工藝藝中，例如使使用Ni/AAu鍍層的，就就必須確保

31、其其鍍層厚度和和工藝參數（焊焊接溫度和時時間）配合，使使Au能夠完完全的溶蝕并并和Ni間形形成IMC。這這問題容易出出現在較冷的的BGA底部部。OSP鍍層由于于在焊點形成成后Cu和高高Sn含量的的焊點直接接接觸，所以對對與高溫應用用并不是很理理想。金屬須（Whiisker）問問題：在含鉛鉛技術中，金金屬須（圖六六）的問題并并不被大多數數人重視。因因為大約33%的鉛能夠夠很好的阻止止金屬須的生生長。但其實實金屬須問題題在含鉛技術術中已經存在在。在航天和和軍用設備上上已經有遭受受其危害的事事例。如今當當我們在無鉛鉛技術中將鉛鉛去除后，絕絕大多數的合合金都屬于高高Sn含量，甚甚至有1000%Sn在器

32、器件和PCBB焊盤鍍層上上的應用被看看好的。Snn是一種較容容易出現金屬屬須的金屬。所所以金屬須問問題在無鉛技技術中就成了了個較熱門的的話題和研究究對象了。金屬須并不需要要環境條件來來助長。目前前業界對其原原理還沒有下下定論，但一一般較相信是是因為內層SSn的應力所所引起的。金金屬須沒有固固定的形狀（圖圖七），針形形的一般可長長到數十微米米或更長（曾曾發現近100mm的）。也也沒有明確的的生長時間，有有數天到數年年的巨大變化化范圍。業界目前在金屬屬須課題上面面對的問題，是是還沒有人真真正了解其機機理和控制方方法。雖然經經過多年的研研究，人們已已經整理出好好些有用的經經驗，但卻還還不能確定該該如

33、何預防或或控制金屬須須。比如亞光光錫（Mattte Snn）的使用，雖雖然是目前被被推薦的主要要方法之一，但但業界也曾發發現過在亞光光錫上出現的的金屬須。這這說明這技術術還不是絕對對可靠的。由由于了解的不不到位，目前前業界也沒有有一套被認可可試驗的方法法。這也增加加了對其研究究的困難。通過各方的研究究以及業界的的經驗，整理理出較被認可可的論點可以以總結如下：在影響金屬須生生長的因素方方面有： 金屬種類和和合金成分 金屬鍍層層的厚度 鍍層表層的的微晶結構 鍍層的電電鍍工藝（電電鍍液配方和和電鍍參數） 庫存溫度（發現在10以下增長較快） Sn中的碳和有機物含量 機械應力（內部和外加）在處理或預防方

34、方法上，有用用的經驗有： 使用亞光錫錫，目前還推推出據說更好好的鍛光錫工工藝 使用用較厚的Snn鍍層 對對已經電鍍好好的Sn面進進行浸錫加工工 在Snn中加入其他他金屬（例如如Bi，Sbb，Cu等） 在Sn的鍍層和基材間加上另外一層不同金屬（比如鎳），改變其IMC界面的金屬遷移特性 電鍍后煅燒退火 三防噴涂 減少PCBA安裝時的機械力（例如螺絲孔造成的扭曲力等）以上方法在一定定程度上有效效，但還不足足于給人們完完全放心。目目前在這課題題上的狀況是是“風險不算算大，但隨機機性強，還需需要不斷摸索索研究！”錫瘟問題：錫瘟瘟是錫在低溫溫下改變其微微晶結構相位位所造成的一一種現象。錫錫瘟在形成時時的體

35、積增長長約26%，性性質很脆，稱稱粉狀，所以以對焊點會造造成可靠性問問題。形成時時出現像疙瘩瘩狀的表面（圖圖八）。錫瘟瘟有一定的延延遲生長時間間，可能達數數年之久。但但一旦開始形形成就會快速速的蔓延。錫錫瘟一般在低低于13.22以下開始形形成，約在-30幾度時時形成速度最最快。錫瘟現象曾被發發現在SnCCu，SnZZn，和SnnAg合金中中，表示無鉛鉛材料可能具具有這方面的的風險。Snn中的Al和和Zn雜質也也會助長錫瘟瘟。在有鉛技技術中，錫瘟瘟不是個關注注的問題，因因為Pb可以以阻止錫瘟的的形成。我們們也發現兩種種較Pb還能能阻止錫瘟的的金屬，就是是Bi和Sbb。少量的（00.2-0.5%）

36、的BBi或Sb能能夠預防錫瘟瘟。所以這是是個推薦的方方法。雖然我們對錫瘟瘟的現象和原原理已經有較較好的了解。但但在SMT無無鉛技術中，錫錫瘟并不是一一個重點研究究的對象。這這可能是由于于錫瘟不像金金屬須問題，它它在電子業中中并沒有具體體的破壞事例例。在70年年代，當時器器件的鍍層是是以純Sn為為主，也就是是最敏感的。但但也沒有報告告說受到錫瘟瘟問題的破壞壞。所以，錫錫瘟的目前狀狀況，也是屬屬于一個有擔擔心但非急于于解決的問題題。后語：從電子業業開始談無鉛鉛技術到現在在，已經有超超過15個年年頭了。但對對無鉛的可靠靠性研究和把把握的角度來來評估的話，我我們還只是開開始入門。研研究、觀察經經驗雖然有一一定的量，不不過因為技術術的復雜和變變數眾多，使使我們還不敢敢斷然說無鉛鉛已經是具備備高可靠性的的技術了。雖然如此，這些些不確定性并并不會真正影影響我們的推推進以及可能能在明年中的的較全面采用用無鉛技術。因因為我們在小小量研究和應應用中，也沒沒有看到較大大的風險。無無鉛的目前問問題較多出現現在表面上，也也就是加工工工藝上。按一一貫